汽车以太网一致性测试基础知识郁冬

汽车以太网一致性测试基础知识

几十年来，车辆中电子内容的绝对数量稳步上升。今天，我们的汽车，SUV和卡车就像我们的家和工作场所一样“联网”。豪华车中多路串行总线的线束重量可达110磅

响应是制定汽车以太网等汽车网络标准。“汽车以太网”可以指用于车载电气系统的任何基于以太网的网络方案。它还可作为BroadR-Reach，100Base-T1和1000Base-T1的总称。在任何一种情况下，汽车以太网都经过专门定制，可实现车载网络的更快数据通信。

如果存在串行数据和通信标准，则会进行一致性测试，以确保系统设计符合维护标准的组织标准。本文将概述汽车以太网的物理层一致性测试。

有不同类别的汽车以太网测试。依赖于示波器的电信号测试在物理媒体附件测试组中定义。这些测试确定产品是否符合BroadR-Reach或IEEE 802.3bw / 802.3bp规范中规定的电气发射器和接收器规范。

在物理编码子层和PHY控制规范中可以找到关注协议本身功能的其他测试。您可以在此处发送命令并验证设备是否已正确响应。PCS发送/接收，状态图，编码/解码和加扰/解扰是这些测试所涉及的一些领域。测试规范还为其他元素提供了建议，例如共模扼流圈，EMC和通信通道本身。

关于合规性测试

现在让我们转向汽车以太网环境中的一致性测试。100Base-T1和1000Base-T1规范包括PMA，PCS和PHY控制的合规性要求。但IEEE的规范本身并不包含测试规范。传统上，新罕布什尔大学的 InterOperability实验室于2016年11月举办了第一届100Base-T1插件会，它编写了描述如何进行一致性测试的测试文档。最终，由OEM，PHY供应商或第1层供应商与测试设备制造商或测试机构合作，以确定产品是否符合规范。

当您认为OEM具有车辆电子控制单元的长时间开发周期时，PHY合规性就会很大。因此，谨慎的做法是确保ECU设计的PHY芯片在设计到系统之前满足规范的要求。

一旦PHY芯片已集成到ECU中，系统本身也必须进行符合性测试。在评估板上测试芯片是一回事，但在现场测试则是另一回事。您的ECU板布局是否正确？也许，或许不是。PHY芯片的行为是否会在ECU板的环境中发生变化？这些是通过测试系统的合规性来回答的问题。

但请记住，遵守100Base-T1和1000Base-T1规范并不能保证互操作性。使用PCI Express或USB，当您的产品通过合规性测试时，它可以携带协议的徽标，并且您可以期望与同样通过测试的所有其他产品的互操作性。然而，虽然100Base-T1和1000Base-T1规范提供了明确定义的发送器要求，但接收器实现由设计人员决定。

六项测试包括BroadR-Reach和100Base-T1的PHY一致性测试电池：

最大变送器输出下垂

发射机时钟频率

发送器定时主抖动

发送器定时从抖动

发射机失真

发射机功率谱密度

对于100Base-T1和1000Base-T1，再添加一个测试，总共七个：

变送器峰值差分输出

1000Base-T1规范还包括不在100Base-T1或BroadR-Reach中的MDI抖动测试用例。

UNH的InterOperability Laboratory编写的测试文档涵盖了一些测试设备要求。汽车以太网的100 Mb / s带宽要求示波器的带宽至少为1 GHz，采样率至少为2 GS / s。Teledyne LeCroy建议采样速率为10 GS / s，以确保抖动测量的10倍过采样。随着1000Base-T1规范的出现，带宽要求将上升到2 GHz范围。

此外，建议用于测试的示波器可以执行频谱分析。如果做不到这一点，建议用频谱分析仪补充示波器。

对于100Base-T1发射机失真测试，您需要一个正弦波发生器，能够以大约11.11 MHz的频率提供5.4 Vpk-pk差分正弦波。除此之外，您还需要两根BNC电缆和两根BNC-to-SMA适配器，以便将这些信号传输到以太网测试夹具中。简短的汽车以太网电缆可将DUT MDI输出上的任何接口转换为RJ-45连接器。这反过来允许您插入以太网测试夹具。从那里，信号进入示波器。1 GHz差分探头访问发送时钟，您需要一个矢量网络分析仪来进行回波损耗和共模测试。

五种测试模式

以下是包含100Base-T1协议的发送器一致性测试套件的五种测试模式的概述。测试模式允许使用通用模式测试所有设备的压力条件。以这种方式进行测试可为实现真正的互操作性提供最佳可能性。

首先，快速讨论：在典型的汽车以太网通道中，电气一致性测试将在何处进行？参考图2，在发送和接收输出中都有PHY芯片。还示出了低通滤波器，共模扼流圈，连接器和布线。所有这些都在频道的两端复制。

电气一致性测试在变送器的连接器处定义。这将是图2所示的低通滤波器和共模扼流圈之后的点。通道和连接器建议在另一个文档中定义。但所有电气一致性测试都应在变送器连接器上进行。

话虽如此，现在让我们转向100Base-T1测试模式。同样，这些测试模式旨在以有助于测试各种问题的方式对设备施加压力。使用这些相同的测试模式测试所有设备，您将有机会实现它们之间的互操作性。

图3中所示的五种模式都将包括不同的信号条件，例如1或1的长串或失真，这在现实世界的数据传输中通常不会出现。但他们会快速揭示您的实施可以和不能处理的内容。

测试模式＃1检测到发送下垂。波形基本上是方波，在规范中定义为N + 1个符号，后跟N -1个符号。对于此测试，符号周期的持续时间必须至少为500 ns。在100 Mb / s的信号速率下，将在500 ns跨度内传输至少34个符号。

测量模式＃2，量化DUT主模式下的发送抖动，显示为正弦波。因此，它只是-1，+ 1，-1，+ 1等的重复序列。它本质上是一个33.333MHz的时钟信号。

在肉眼看来，可选的测试模式＃3似乎与模式＃2无法区分。区别在于，当测试模式＃2在主模式下执行时，测试模式＃3在DUT处于从模式时执行。

失真是测试模式＃4的对象。模式＃4是PAM-3信号，符号间隔为15ns。请注意，每个2047个符号都有一个重复的模式，这个数字由测试规范中的多项式定义。

最后，功率谱密度和峰值差分输出的测试模式＃5非常类似于模式＃4，除了模式＃4具有重复模式，而模式＃5是具有相同符号间隔15ns的随机PAM-3数据。同样，模式＃4和＃5之间的肉眼没有明显的区别。

关于这些测试模式信号的产生，每个PHY芯片供应商采用“后门”方法来修改必要的寄存器以进入每个测试模式。这些方法通常不公开，并且这些方法因供应商而异。最好的方法是询问您的PHY供应商如何生成测试模式。

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